制動器畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　YWZ630/121制動器設(shè)計及螺旋彈簧有限元分析</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　系 別 機 械 工 程 系 </p><p>　　專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　年 級

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　成 績__________________________</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使其停止的制動裝置。有時也用作

3、調(diào)節(jié)或限制機構(gòu)或機器運動速度。它是保證機構(gòu)或機器安全工作的重要部件。本次畢業(yè)設(shè)計選擇的型號是外抱式制動器里的YWZ630/121型制動器。它主要用于起重、運輸、冶金、礦山、港口建設(shè)等機械驅(qū)動裝置和減速停車制動。它具有制動平穩(wěn)、無噪音、壽命長、體積小、重量輕、維修方便等優(yōu)點。制動襯墊為卡裝飾整體型結(jié)構(gòu)，更換方便、快捷。制動器工作過程：當(dāng)推動器的電機通電時，電動機帶動轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)，在油路中產(chǎn)生壓力，此壓力將油由活塞上部吸到活塞的下部，活

4、塞上下的液壓油產(chǎn)生一個壓力差。此壓力差迫使活塞和固定在其上的活塞推桿迅速上升，當(dāng)活塞開到頂端位置時，活塞下部保持恒定的壓力，此過程通過杠桿作用，壓縮主彈簧產(chǎn)生力矩，把制動瓦打開（松閘）；當(dāng)斷電時，葉輪停止轉(zhuǎn)動?；钊谥苿訌椈苫貜?fù)力及本身質(zhì)量作用下，迅速下降，迫使油通過油導(dǎo)向器，重新流入活塞上部。這時仍通過杠桿作用，把制動瓦合攏（抱閘），便達到制動的目的。螺旋彈簧的校核運用了有限元法，這樣可以縮短設(shè)計周期，也有利于查找變形的截面。<

5、/p><p>　　關(guān)鍵詞 制動器 制動臂 杠桿 拉桿 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The brake is used in mechanism or machine deceleration or braking device to stop. It is also som

6、etimes used as a regulating or restricting mechanism or machine movement speed. It is to ensure that the body or machine safety work important component.This graduation design choice of models is the YWZ external-contact

7、ing brake type brake. It is mainly used for lifting, transportation, metallurgy, mining, port construction machinery drive and deceleration parking brake. It has a smooth braking, no n</p><p>　　Key word：Brak

8、e Brake arm Lever Pull rod Finite element analysis</p><p>　　摘要及關(guān)鍵詞………………………………………………………………………2</p><p>　　引言…………………………………………………………………………………3</p><p>　　一 制動器概述及分類 …………………………………………

9、…………………4</p><p>　　二 制動器的選擇與設(shè) ……………………………………………………………4</p><p>　　三 制動器總體設(shè)計 ………………………………………………………………6</p><p>　　四 制動器的杠桿比計算 …………………………………………………………8</p><p>　　五 制動器主彈簧的設(shè)計與計算及

10、校核 …………………………………………10</p><p>　　六 受力分析…………………………………………………………………………………14</p><p>　　七 制動臂強度計算和校核………………………………………………………………16</p><p>　　八 銷軸的計算與校核 ……………………………………………………………20</p><p

11、>　　九 推桿的計算及其穩(wěn)定性校核…………………………………………………………23</p><p>　　十 制動器使用條件和使用規(guī)范及維修 …………………………………………25</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………26</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………27&

12、lt;/p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………28</p><p>　　YWZ630/121型制動器設(shè)計及螺旋彈簧有限元分析</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使其停止的制動裝置。有時也用作調(diào)節(jié)或限制機構(gòu)或機器運動速度。它

13、是保證機構(gòu)或機器安全工作的重要部件。選擇的型號是外抱式制動器里的YWZ630/121型制動器，它主要用于起重、運輸、冶金、礦山、港口建設(shè)等機械驅(qū)動裝置和減速停車制動。具有制動平穩(wěn)、無噪音、壽命長、體積小、重量輕、維修方便等優(yōu)點。制動襯墊為卡裝飾整體型結(jié)構(gòu)，更換方便、快捷。制動器工作過程：當(dāng)推動器的電機通電時，電動機帶動轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)，在油路中產(chǎn)生壓力，此壓力將油由活塞上部吸到活塞的下部，活塞上下的液壓油產(chǎn)生一個壓力差。此壓力差迫使活塞

14、和固定在其上的活塞推桿迅速上升，當(dāng)活塞開到頂端位置時，活塞下部保持恒定的壓力，此過程通過杠桿作用，壓縮主彈簧產(chǎn)生力矩，把制動瓦打開（松閘）；當(dāng)斷電時，葉輪停止轉(zhuǎn)動?；钊谥苿訌椈苫貜?fù)力及本身質(zhì)量作用下，迅速下降，迫使油通過油導(dǎo)向器，重新流入活塞上部。這時仍通過杠桿作用，把制動瓦合攏（抱閘），便達到制動的目的。螺旋彈簧的校核運用了有限元法，這樣可以縮短設(shè)計周期，也有利于查找變形的截面。</p><p>　　關(guān)鍵詞

15、 制動器/制動臂/杠桿/拉桿/有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The brake is used in mechanism or machine deceleration or braking device to stop. It is also sometimes used as a regulating or

16、 restricting mechanism or machine movement speed. It is to ensure that the body or machine safety work important component.This graduation design choice of models is the YWZ external-contacting brake type brake. It is ma

17、inly used for lifting, transportation, metallurgy, mining, port construction machinery drive and deceleration parking brake. It has a smooth braking, no n</p><p>　　Key word：Brake Brake arm Lever Pull rod

18、 Finite element analysis </p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 制動器設(shè)計的意義</p><p>　　工程機械作為現(xiàn)代社會進步的重要標志，有許多保證其性能的大部件，制動系就是其中一個重要的大部件，它直接影響工程機械的安全性。隨著社會的快速發(fā)展和工程強度的日益增大，工程事故也不斷增加

19、。據(jù)有關(guān)資料介紹，在由于工程機械本身的問題而造成的事故中，制動系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的28%。可見，制動系統(tǒng)是保證工程安全的極為重要的一個系統(tǒng)。此外，制動系統(tǒng)的好壞還直接影響工程機械的施工速度和施工效率，其也是保證工程經(jīng)濟效益的重要因素。制動系統(tǒng)既可以使工作中的機械減速，又可保證停止后的工程機械能駐留原地不動。由此可見，制動系對于工程機械的安全性，停止的可靠性和工程經(jīng)濟效益起著重要的保證作用。</p><p>

20、　　當(dāng)今，隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，工程量以及工程強度的增加，對工程機械制動系的工作可靠性要求顯得日益重要。只有制動性能良好和制動系工作可靠的工程機械才能充分發(fā)揮出其強大的功能并保證施工的安全性。由此可見，制動系是工程機械非常重要的組成部分，從而對工程機械制動系的機構(gòu)分析與設(shè)計計算也就顯得非常重要了</p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代的機器為提高動力性、經(jīng)濟性、全性，以及減少廢物污染保護環(huán)境，減少新產(chǎn)品

21、設(shè)計周期，廣泛的采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬模仿技術(shù)，且技術(shù)日益成熟。目前，工業(yè)發(fā)達國家在新生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，已普遍采用了全自動化生產(chǎn)。20世紀70年代隨著電子技術(shù)的進步、數(shù)字電子技術(shù)大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微機的應(yīng)用，電子控制式的制動器日趨成熟，成本不斷下降，并且體積小、重量輕、控制精度高，其安全效能十分顯著。例如：上海汽車制動系統(tǒng)有限公司引進并合資生產(chǎn)的汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）產(chǎn)品已于1997年2月順利投產(chǎn)；測控一體化制動控制系統(tǒng)（SBC）是

22、充滿創(chuàng)意的電子控制式制動系統(tǒng)，奔馳公司將把它安裝在未來的乘用車上。與奔馳公司創(chuàng)造的ABS、ASR、ESP以及制動輔助系統(tǒng)（Brake Assist）一脈相承，這種系統(tǒng)將成為提高汽車駕駛安全性的一個新里程碑。</p><p>　　1.2 制動器研究的現(xiàn)狀</p><p>　　工程機械在工作中要頻繁進行制動操作，由于制動性能的好壞直接關(guān)系到人身安全，因此制動性能是工程機械非常重要的性能之一，改

23、善工程機械的制動性能始終是工程機械設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)工程機械制動時，由于其受到與之前相反的外力，所以才導(dǎo)致制動器發(fā)揮制動效果。對這一過程情況的分析有助于制動系統(tǒng)的分析和設(shè)計，因此制動過程受力情況分析是實驗和設(shè)計的基礎(chǔ)，由于這一過程較為復(fù)雜，因此一般在實際中只能建立簡化模型分析。</p><p>　　1.3 制動設(shè)計應(yīng)達到目標</p><p>　　制動轉(zhuǎn)矩1800-2800 N

24、·M；退距2 mm；匹配推動器型號Ed121/6；電動機功率330W；操作頻率2000次/h；重量185.8kg [1]。</p><p>　　1.4 制動系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　提出制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，確定相匹配的液壓推動器及其推動桿，使制動性能更加穩(wěn)定。對制動瓦的瓦襯部分采用半金屬摩擦塊材料并采用組裝式安裝，使其不僅散熱性好、沖擊強度大、摩擦性能穩(wěn)定，并且由于采用組

25、裝式，科技克服鉚接所帶來的加工、安裝、維修中的不便，同時又使其經(jīng)濟性和制造工藝性有所改善。制動臂采取彎形臂，并采用鑄造成型，這樣即保證了同芯的要求，又克服了直臂所造成的工作中轉(zhuǎn)角過大、退居不均、結(jié)構(gòu)尺寸不緊湊的特點[2]。</p><p>　　校核部分采用有限元方法，其與傳統(tǒng)方法相比，可以減少設(shè)計成本、縮短設(shè)計和分析的循環(huán)周期、增加產(chǎn)品和工程的可靠性、查找事故原因。</p><p>　　2

26、 制動器概述及分類</p><p>　　制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使用其停止的自動裝置。有時也用作調(diào)節(jié)或限制機構(gòu)或機器的運動 速度。它是保證機構(gòu)或機器正常安全工作的重要部件。</p><p>　　電力制動（再生制動、渦流制動、反接制動等）只能消耗、機構(gòu)或機器的一部分動能，減小或限制其運動速度，不能使運動停止。機械制動器則具有減速、停止及支持等功能。</p><p>

27、;　　為了減小制動轉(zhuǎn)矩，縮小制動器尺寸。通常將制動器裝在機構(gòu)的高速軸上，或裝在機構(gòu)的高速軸上，或裝在減速器的輸入軸上。某些安全制動器則裝在低速軸或卷筒軸上，以防止在傳動機構(gòu)中斷軸時物品的墜落。特殊情況下也有將制動器裝在其他軸上的。</p><p>　　按工作狀態(tài)分，制動器可分為常閉式和常開式。常閉式制動器靠彈簧或重力的作用經(jīng)常處于緊閘狀態(tài)，而機構(gòu)運行時，則用人力或松閘器制動器使制動器松閘。與此反常開式制動器經(jīng)常處

28、于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能使其緊閘。</p><p>　　按照構(gòu)造特征分，常用制動器分類如下：</p><p>　　摩擦式制動器（常開常閉式）</p><p>　　① 外抱塊制動器—長行程塊式，短行程塊式制動器</p><p>　?、?內(nèi)張?zhí)闶街苿悠鳌p蹄式、多蹄式制動器</p><p>　?、?帶式制動器—簡單帶

29、式、差動帶式綜合帶式制動器、短行程帶式制動器</p><p><b>　?、?盤式制動器</b></p><p>　　a 鉗盤—固定鉗式浮動鉗式制動器 </p><p>　　b 全盤—單盤式、多盤式載荷自制盤式制動器</p><p>　　c 錐盤—錐盤式載荷自制錐盤式制動器</p><p><

30、;b>　　非摩擦式制動器</b></p><p>　?、俅欧凼街苿悠鳎ò肽Σ潦剑?lt;/p><p><b>　?、诖艤u流式制動器</b></p><p><b>　?、鬯疁u流式制動器</b></p><p>　　3 制動器的選擇與設(shè)計</p><p>　　3.

31、1 制動器類型的選擇</p><p>　　3.1.1 需要應(yīng)用制動器的機構(gòu)或機器的工作性質(zhì)和條件</p><p>　　例如對于起重機械的起升和變幅機構(gòu)都必須采用常閉式制動器。而對于車輛及起重機械的運行和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等，為了控制制動轉(zhuǎn)矩的大小以便準確停車，則多采用于常開式的制動器。</p><p>　　3.1.2 應(yīng)充分注意制動器的任務(wù)</p><p&

32、gt;　　例如支持物品用制動器的制動轉(zhuǎn)矩必須有足夠的裕度，即應(yīng)保證一定的安全系數(shù)。對于安全性有高度要求的機構(gòu)需裝設(shè)雙重制動器，如運送熔化金屬的起升機構(gòu)規(guī)定必須裝設(shè)兩個制動器，其中每一個制動器都能安全地支持鐵水包而不致墜落。對于落重式制動器，則應(yīng)考慮散熱問題。它必須具有足夠的散熱面積，使其能將在制動時重物位能所產(chǎn)生的熱量散去，以免過熱損壞或失效。</p><p>　　3.1.3 應(yīng)考慮應(yīng)用的場所。</p>

33、;<p>　　如安裝制動器的地點有足夠的空間時，則可選用外抱式制動器空間受限制處，則可采用內(nèi)蹄式、帶式、盤式制動器。</p><p>　　3.2 常用制動器性能比較</p><p>　　3.2.1 制動器特點及應(yīng)用說明</p><p>　　構(gòu)造簡單可靠，散熱好。瓦塊有充分和較均勻的退距，調(diào)整間隙方便。對于直形制動臂，制動轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)向無關(guān)，制動輪軸不受

34、彎曲作用力。但包角和制動轉(zhuǎn)矩小，制動比帶式制動器復(fù)雜，杠桿系統(tǒng)復(fù)雜外形尺寸大。應(yīng)用較廣，適于工作瀕繁及空間較大的場合。</p><p>　　3.2.2 式制動器特點及應(yīng)用說明</p><p>　　兩個內(nèi)置的制動蹄在徑向向外擠壓制動鼓，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。機構(gòu)緊湊，散熱性好，密封容易?？捎糜诎惭b空間受限制的場合，廣泛用于輪式起重機，各種車輛如汽車、拖拉機等的車輪中。</p><

35、p>　　3.2.3 制動器特點及應(yīng)用說明</p><p>　　構(gòu)造結(jié)構(gòu)緊湊，包角大（可超過2π），制動轉(zhuǎn)矩大。制動輪軸手較大的彎曲作用力，制動帶的比壓和磨損不均勻。簡單和差動帶式制動器的制動轉(zhuǎn)矩大小均與旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。限制于應(yīng)用范圍，散熱差。適于大型機器，要求結(jié)構(gòu)緊湊的制動，如用于移動式起重機中。</p><p>　　3.2.4盤式制動器的特點及應(yīng)用說明</p><

36、p>　　利用軸向壓力使圓盤或圓錐形摩擦表面壓緊，實行制動。制動輪軸不受彎曲，構(gòu)造緊湊。有帶式制動器比較磨損均勻，制動轉(zhuǎn)矩大小與選擇方向無關(guān)，制動封閉型式防塵防潮。摩擦面散熱條件次于塊式和帶式，溫度教高。適于應(yīng)用在緊湊性要求高的場合，如車輛的車輪和電動葫蘆中。</p><p>　　3.2.5 載荷自動盤式制動器的特點及應(yīng)用說明</p><p>　　靠重自重在機構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力制動。它能保

37、證重物在升降過程中平穩(wěn)下降和安全懸吊，主要用于提升設(shè)備及起重機械的起升機構(gòu)中。</p><p>　　3.2.6 磁粉制動器的特點及應(yīng)用說明</p><p>　　主要利用磁粉磁化時所產(chǎn)生的剪力來制動。體積小，重量輕。激磁功率小且制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)速無關(guān)。然磁粉會引起零件磨損，使用于自動控制及各種機器的驅(qū)動系統(tǒng)中。</p><p>　　3.2.7 磁渦流制動器的特點及

38、應(yīng)用說明</p><p>　　緊固耐用，維修方便，調(diào)速范圍大。但低速時效率低，溫升高，必須采取散熱措施。常用于有垂直負載的機械中，（如起重機械的起升機構(gòu)）吸收停車前的功能，以減輕停止式制動器的負載。</p><p><b>　　4 制動器總體設(shè)計</b></p><p>　　4.1 設(shè)計方案的分析與擬定</p><p>

39、　　本次設(shè)計制動器的基本要求是：構(gòu)造簡單可靠，制動平穩(wěn)。操縱靈活，散熱性好，體積小，重量輕。根據(jù)此基本要求注重選擇外抱式制動器，通常簡稱塊式制動器。</p><p>　　外抱式制動器主要用于起重、運輸、冶金、礦山、港口、建筑等機械驅(qū)動裝置的機械制動。具有制動平穩(wěn)、無噪音、壽命長、體積小、重量輕、維修方便等特點。</p><p>　　外抱式制動器的優(yōu)點為：當(dāng)制動臂為直桿時，制動轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)向

40、無關(guān)，制動時制動輪軸不受附加的彎曲作用力；但當(dāng)制動臂為彎桿，制動時將使制動軸承受附加的彎曲作用力；其次是易于調(diào)整制動瓦塊與制動輪間的退距，制動瓦塊摩擦襯片磨損比較均勻。</p><p>　　根據(jù)以上基本要求和用途及其特點推薦兩種設(shè)計方案以比較確定：第一種方案：傳動裝置簡圖</p><p>　　采用YT推動器與機架相匹配組成制動裝置，YT系列推動器由驅(qū)動電動機和器身兩部分組成。電機為全封閉式

41、的二級三相微型異步電動機具有出力大、體積小、重量輕、性能指標優(yōu)異，使用安全可靠等優(yōu)點。機架部分由底座、制動臂、制動瓦、主彈簧、杠桿推桿、拉桿等部分組成。結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制動力大。但由于液壓缸密封性能較差，只限于傾斜15°左右的安裝位置，傳遞推力的雙推桿裝置，在安裝時位置精度不宜保證，且加工調(diào)試維修都不方便。制動臂加工時，同心度又不易保證且制動臂采用直臂造成工作時，轉(zhuǎn)角過大，退距不均勻，且主彈簧的安裝位置增大了整機的結(jié)構(gòu)尺寸

42、。制動瓦部分采用鉚接式組裝，使制動瓦襯在摩損后不宜更換。制動瓦襯采用石棉材料，其耐熱性較差，熱衰退現(xiàn)象嚴重，摩耗高，同時制動性能不穩(wěn)定。又由于該方案的杠桿比單一。因此，制動力矩的大小無法調(diào)整，這些都給實際生產(chǎn)中帶來不便。</p><p><b>　　第二種方案：</b></p><p>　　采用Ed推動器與機架相匹配組成制動裝置。該推動器由驅(qū)動電機和液壓缸組成。電機和

43、液壓缸組成一體密封性能極好、具有使用壽命長、操作頻率高的特點。安裝相應(yīng)輔助件能實現(xiàn)制動時間可調(diào)節(jié)，使制動性能更加平穩(wěn)。液壓系統(tǒng)的油腔密封采用雙層密封圈，使密封性能大大提高。安裝位置能做90°的偏轉(zhuǎn)。推動部分采用單推桿的形式，使加工安裝維修有了大的改善。推桿采用先進的防護措施，可減少摩損和防腐蝕，使用于空氣中腐蝕介質(zhì)和相對溫度高、灰塵大的場合。制動瓦部分的瓦襯采用半金屬磨擦塊材料，不刮傷制動輪表面切散熱性能好，沖擊強度高，摩擦系

44、數(shù)大，摩擦性能穩(wěn)定。安裝采用組裝式，克服了鉚接所帶來的加工、安裝、維修中的不便，同時又使其經(jīng)濟性和制造工藝性有所改善。制動臂由原來的直臂改成彎形臂，并采用鑄造成形，使零件加工時，保證了同心度的要求，且克服了直臂所造成的工作中轉(zhuǎn)角過大、退距不均、結(jié)構(gòu)尺寸不緊湊的缺點。杠桿部分杠桿比增多?？筛鶕?jù)用戶需要調(diào)節(jié)制動力矩的大小，主彈簧的安裝位置由原來的橫裝改為縱裝，使整機結(jié)構(gòu)尺寸減小，并使傳遞動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。</p><p&

45、gt;　　綜上所述，第二種方案較第一種方案優(yōu)良，符合制動裝置的基本要求。經(jīng)分析確定方案（2）為本次設(shè)計的題目。</p><p>　　4.2 制動器的工作原理 </p><p>　　當(dāng)推動器的電機通電時，電動機帶動轉(zhuǎn)軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)，在油路中產(chǎn)生壓力，此壓力將油又活塞上部吸到活塞的下部，活塞上下的液壓油產(chǎn)生一個壓力差。此壓力差迫使活塞和固定在其上的活塞推桿迅速上升，當(dāng)活塞開到頂端位置時，活塞下

46、部保持恒定的壓力，此時過程通過杠桿作用，壓縮主彈簧產(chǎn)生力矩，把制動瓦打開（松閘）；當(dāng)斷電時，葉輪停止轉(zhuǎn)動?；钊谥苿訌椈苫貜?fù)力及本身質(zhì)量作用下，迅速下降，迫使油通過油導(dǎo)向器，重新流入活塞上部。這時仍通過杠桿作用，把制動瓦合攏（抱閘），便達到制動的目的。</p><p><b>　　4.3 已知參數(shù)：</b></p><p>　　查《機械設(shè)計手冊4》第二版</p&

47、gt;<p>　　P41-285，表41.13-25 YWZ5 200～710制動器性能參數(shù)</p><p>　　選型號為630/121，制動輪直徑630mm</p><p>　　制動轉(zhuǎn)矩1800-2800 N·M；退距2 mm；匹配推動器型號Ed121/6；</p><p>　　電動機功率330W；操作頻率2000次/h；重量185.8

48、kg。</p><p>　　查《機械設(shè)計手冊4》第二版 第41-286頁</p><p>　　表：型號YWZ5 630/121，D：630 h1：425 h2：330 e2：327</p><p><b>　　選裝圖外型尺寸：</b></p><p>　　G：450 f：220 k：400 I：170

49、 d：27 n≤5選5</p><p>　　E≤375選375 M：250 B≤250選250</p><p>　　b≤250選245 T≤240選240 S≤148選148 Hmax：1015 Amax：835 如下圖：</p><p>　　YWZ型液壓推桿制動器：制動平穩(wěn)，無噪聲，壽命較長，重量輕，體積小，每小時可接通由電720次，使用于

50、運動和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，不應(yīng)用于需快速制動的地方。</p><p>　　退距E=2mm D=4630mm 制動轉(zhuǎn)矩Te=1800～2800 N·M</p><p>　　安裝尺寸符合：GB6332-86</p><p>　　5 制動器的杠桿比計算</p><p>　　5.1 杠桿比的設(shè)計與計算中參數(shù)選擇：</p>&

51、lt;p>　　試選 h2=330mm h3=495mm b=171mm g1=198mm g2=447mm</p><p>　　5.1.1 推動器至主制動輪的杠桿比</p><p>　　i= (5-1) </p><p>　　式中 —從制動臂底端到制動瓦的距離,=330mm</p><

52、;p>　　—從制動瓦到制動臂末端的距離,=495mm</p><p>　　—從制動輪中芯到右螺栓的距離，=400 mm</p><p>　　—制動瓦的寬度， =150 mm</p><p>　　將,,,帶入式(3-1)，得</p><p><b>　　i≈6.53</b></p><p>　

53、　5.1.2 推動器至主彈簧的杠桿比</p><p>　　i1= (5-2)</p><p>　　式中 —從制動輪中芯到右螺栓的距離， =447 mm；</p><p>　　—從制動輪中芯到左螺栓的距離，=198 mm</p><p>　　將, 帶入式 （5-2），得</p><p&g

54、t;<b>　　=2.26</b></p><p>　　5.1.3 彈簧至制動瓦的杠桿比</p><p>　　i2= =≈2.89</p><p>　　式中 —從制動輪中芯到左螺栓的距離，=198mm</p><p>　　—制動瓦的寬度，=150 mm</p><p>　　—從制動瓦到制動臂末端

55、的距離，=495 mm</p><p>　　—從制動臂底端到制動瓦的距離，=330 mm</p><p>　　5.2 松閘（即推動器）行程的計算</p><p>　　5.2.1 松閘行程的計算</p><p>　　由《起重機設(shè)計手冊》式3.7.13式</p><p>　　he= =≈27.49</p>&

56、lt;p>　　式中 —退距，=1.5mm</p><p>　　—推動器至制動輪的杠桿比，=6</p><p>　　將，帶入式 （3-4），得</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　5.2.2松閘補償行程的計算</p><p>　　假設(shè)制動瓦襯允許磨損到△即開始進行補

57、償階段，試取△=5.07，且從安全考慮，一般取0.95h1為補償行程，</p><p>　　由式 h1=2△i=2×5.07×6.53=66.21mm</p><p>　　所以 0.95h1=62.90 取h1=63mm</p><p><b>　　上式：ε為退距 </b></p>

58、;<p><b>　　i杠桿比 </b></p><p>　　η松閘裝置到制動瓦間的效率</p><p>　　5.3 松閘摩擦副額定正壓力的計算：</p><p>　　選取摩擦材料為半金屬材料（以金屬為填料高分子樹脂為粘接劑構(gòu)成的復(fù)合材料）</p><p>　　由《起重機設(shè)計手冊》式3. 7.1</

59、p><p>　　正壓力 N= =</p><p>　　=（5714.29～8888.89）N</p><p>　　式中 ，=800-1400 mm</p><p>　　—摩擦系數(shù),=0.5</p><p>　　—制動輪直徑,D=500 mm</p><p>　　將，，帶入式（3-5），得&

60、lt;/p><p><b>　　N</b></p><p>　　5.4 制動覆面的比壓q</p><p>　?、偃≈苿油叩膶挾?B=250mm</p><p>　?、谥苿痈裁姘萁堑闹行慕且话闳?70°～80°，選取=70°</p><p>　?、垡粋€制動瓦的伏面弧長&l

61、t;/p><p><b>　　L= </b></p><p>　　式中 —制動伏包容角的中芯角，=</p><p>　　—制動輪直徑，630mm</p><p>　　將帶入式 （3-6），得</p><p><b>　　=385.75mm</b></p>

62、<p>　?、苣Σ敛牧系脑S用比壓[q]=0.29N/mm2</p><p>　　⑤由《起重機設(shè)計手冊》式3.7.2</p><p><b>　　q=≤[q]</b></p><p>　　q=≈0.06＜ [q]</p><p><b>　　故許用比壓滿足要求</b></p>

63、<p>　　5.5 產(chǎn)生額定力矩所需要的彈簧力：</p><p>　　= =≈2974.75</p><p>　　式中 —額定力矩,=800 </p><p>　　—制動輪直徑，=630mm</p><p>　　—主彈簧至制動輪的杠桿比,=3</p><p>　　—摩擦系數(shù)，=0.5</p>

64、<p>　　—工作行程系用系數(shù)，=0.95</p><p>　　將，,，，帶入式（3-7），得</p><p><b>　　=1123 N</b></p><p>　　5.6 制動彈簧附加壓縮量</p><p>　　5.6.1 推動器至最大行程時彈簧附加壓縮量</p><p>　　=

65、=≈40.27mm</p><p>　　式中 —工作行程 , =18 mm；</p><p>　　—補償行程 ， =57 mm；</p><p>　　-推動器至彈簧的杠桿比，=2 </p><p>　　將，，帶入式 （3-8），得</p><p><b>　　=38 </b></p&g

66、t;<p>　　5.6.2 補償壓縮量</p><p>　　為使瓦襯磨損后，仍能保證額定力矩彈簧所附加的壓縮量</p><p>　　= =≈27.88mm</p><p>　　式中 h1—松閘補償行程 </p><p>　　i1—松閘器至彈簧的杠桿比</p><p>　　將，帶入（3-9），得&l

67、t;/p><p><b>　　=3.5 </b></p><p>　　6 制動器主彈簧的設(shè)計與計算及校核</p><p>　　6.1 彈簧的設(shè)計計算與校核</p><p>　　彈簧按結(jié)構(gòu)形狀可分為圓柱螺旋彈簧，變徑螺旋彈簧，彈簧多在變應(yīng)力下工作，其應(yīng)力不允許超過屈服極限，因此材料要求具有高的疲勞極限屈服極限和一定的沖擊韌性。

68、對熱成型的大型彈簧要求材料具有良好的淬透性低的過熱敏感性和不易脫碳性，熱軋彈簧鋼主要以圓鋼扁鋼和方鋼等產(chǎn)品供應(yīng)，其直徑或厚度一般為5—50mm，多用于制造大型彈簧。此類材料在制造彈簧時一般采用加熱成型，然后經(jīng)淬火回火處理。冷軋彈簧鋼主要以鋼絲和鋼帶等材料供應(yīng)。碳素彈簧鋼絲多為淬火的冷拉鋼絲，多用于制造小型彈簧，冷卷成型后，只需進行退火處理[6]。</p><p>　　根據(jù)此制動器的要求，可選用圓柱螺旋彈簧，考慮到

69、制動器的應(yīng)用場合，可選用熱軋彈簧鋼，材料硬度應(yīng)在45—50HRC，溫度范圍在-40—200℃，故符合條件的材料有四種：55Si2Mn 55Si2Mn8 60Si2Mn 60Si2MnA，可選用60Si2Mn。又根據(jù)所受沖擊負荷次數(shù)，故選用Ⅱ類[6]。</p><p>　　原始參數(shù)： 查≤機械設(shè)計手冊4≥第2版 </p><p>　　彈簧的工作行程 ==40.27mm </p&g

70、t;<p>　　最小工作負荷 ==2974.75N</p><p>　　最大工作負荷 =3352N（估?。?lt;/p><p>　　6.1.1 選材料：</p><p>　　根據(jù)用途及工作要求（《機械設(shè)計手冊4》第二版），選該彈簧材料：60CrMnA，壓縮彈簧的III類許用切應(yīng)力[t]=710 N/mm2 （表4-2-1）</p>

71、<p><b>　　切變模量G=MPa</b></p><p>　　彈性模量E=Mpa （符合GB5218標準 表4-1-4）</p><p>　　6.1.2彈簧指數(shù)C </p><p>　　由表4-2-8選取C=7</p><p>　　6.1.3彈簧曲度系數(shù)K </p><p>　

72、　= （6-1）</p><p>　　式中 —彈性指數(shù)</p><p>　　將帶入式（6-1），得</p><p>　　6.1.4確定彈簧絲直徑d </p><p>　　d=1.6 （6-2）</p><p>　　式中 —最大工作載荷

73、，=3352 N</p><p>　　—彈簧曲度系數(shù),=1.21</p><p><b>　　—彈性指數(shù),=7</b></p><p>　　—許用切應(yīng)力, =710 MPa</p><p>　　將，,,帶入式（6-2），得</p><p><b>　　d≈10.11mm</b&g

74、t;</p><p>　　取標準值d=10mm </p><p>　　6.1.5 彈簧其他參數(shù)</p><p>　　直徑d=10mm 由表4-2-4得許用應(yīng)力[] =565MPa </p><p>　　本題目工作情況同表中數(shù)據(jù)一樣為第III類載荷，按表4-2-2取系數(shù)1</p><p>　　=

75、 （6-3）</p><p>　　式中 —最大工作載荷，=3352 N</p><p>　　[] —許用應(yīng)力, [] =565MPa </p><p>　　—許用切應(yīng)力, =710 MPa</p><p>　　將，, 帶入式 (6-3)，得</p><p><b>　　=26

76、67N</b></p><p>　　查表4-2-4接近2640N </p><p>　　所以選d=10mm </p><p><b>　　彈簧中徑為80mm</b></p><p><b>　　彈簧的內(nèi)徑外徑，</b></p><p>　　內(nèi)徑：

77、 （6-4）</p><p>　　外徑： </p><p>　　式中 —彈簧中徑，=80mm</p><p>　　—彈簧絲直徑，=10mm</p><p>　　將D,d帶入式 (6-4)，得</p>

78、<p><b>　　=70mm</b></p><p><b>　　=90mm</b></p><p><b>　　彈簧所需的剛度 </b></p><p>　　= （6-5）</p><p>　　式中 —工作最大負荷，

79、 =3352N</p><p>　　—工作最小負荷，=2974.75N</p><p>　　—彈簧工作行程，=40.27mm</p><p>　　將，，帶入式 （6-5），得</p><p><b>　　≈9.37N/mm</b></p><p>　　要求剛度下的總壓縮量</p>&

80、lt;p>　　= （6-6）</p><p>　　式中 —工作最大負荷，=3352 N</p><p>　　—彈簧要求的剛度，=9.37N/mm</p><p>　　將， 帶入式 (6-6)，得</p><p><b>　　≈357.74mm</b></p>

81、;<p><b>　　有效圈數(shù)n</b></p><p>　　n= （6-7）</p><p>　　式中 —剛度下的總壓縮量，=357.74 mm</p><p>　　—剪切彈性模量，=79000 MPa</p><p>　　—彈簧絲直徑,=10 mm<

82、/p><p>　　—工作最大負荷,=3352 N</p><p>　　—彈簧中徑,=80 mm</p><p>　　將 ，,， ，帶入式（6-7），得</p><p>　　n≈19.58 取20</p><p>　　總?cè)?shù)n1 n1=n+2=20+2=22</p><p>　　

83、實際剛度 </p><p>　　= （6-8）</p><p>　　式中 —剪切彈性模量，=79000MPa</p><p>　　—彈簧絲直徑，=10mm</p><p>　　—彈簧中徑,=80 mm</p><p>

84、　　將,,帶入式 （6-8），得</p><p><b>　　=9.64N/mm</b></p><p>　　與要求剛度基本符合，因此剛度合適。</p><p>　　6.2.3工作極限負荷</p><p>　　由《機械設(shè)計手冊》得</p><p>　　N （6-9）&l

85、t;/p><p>　　式中 —最大工作負荷，=3352 N</p><p>　　工作極限負荷下的變形，即極限變形量</p><p>　　= =≈361.31 </p><p><b>　　取=361mm</b></p><p>　　彈簧的節(jié)矩P，查表4-2-9得式 P=d++</p&

86、gt;<p>　　=0.1d=1mm </p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　n=18</b></p><p>　　所以 P=29.05mm</p><p>　　自由高度 Ho=np+1.5d 由表4-2-9 查得</p>

87、<p>　　Ho=np+1.5d=20×29.05+1.5×10=596mm</p><p>　　由表4-2-7查得標準值Ho為 600mm</p><p>　　壓縮高度Hb： Hb=（n1-0.5）d=（20-0.5）×10=195mm （兩端圈磨平）</p><p>　　最小工作負荷下的變形</p><

88、;p><b>　　==≈309mm</b></p><p>　　螺旋角=arctan =arctanarctan0.115645=6.6°滿足=5°～9°</p><p>　　展開長度 L==≈5565mm</p><p>　　最大工作負載下的高度</p><p>　　=Ho- =60

89、0-357=243mm</p><p>　　最小工作負載下的高度</p><p>　　=Ho- =600-309=291mm</p><p>　　工作極限負荷下的高度</p><p>　　=Ho-=600-361=239</p><p><b>　　彈簧工作圖：</b></p>&l

90、t;p><b>　　技術(shù)要求：</b></p><p>　?、僬归_長度L=5565mm</p><p><b>　?、谛颍河?lt;/b></p><p><b>　　③有效圈n=20</b></p><p><b>　?、芸?cè)?shù)=22</b></

91、p><p>　?、轃崽幚砗笥捕?5～50HRC</p><p>　　6.3 彈簧的穩(wěn)定性計算及強度校核</p><p>　　6.3.1 穩(wěn)定性計算：</p><p>　　高徑比b= ==7.5>5.3 兩端固定時D需小于5.3而b>5.3彈簧不穩(wěn)定，需要進行彈簧穩(wěn)定性計算。</p><p>　　=0.23 由

92、圖4-2-7查得</p><p>　　==0.23×9.64×600=1330.32N</p><p>　　Fc=1330.32N<Fmax=3352N</p><p>　　式中 ：不穩(wěn)定系數(shù) </p><p><b>　?。簭椈蓪嶋H剛度 </b></p><p>　　

93、Fc：彈簧和臨界載荷</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計中受條件限制不易改變參數(shù)，所以在彈簧外側(cè)加導(dǎo)向套筒或在彈簧內(nèi)側(cè)導(dǎo)桿保證彈簧的穩(wěn)定性。</p><p>　　此結(jié)論由《機械設(shè)計手冊4》中壓縮彈簧穩(wěn)定性計算一節(jié)中得出的。</p><p>　　6.3.2 疲勞強度驗算</p><p>　　由《機械設(shè)計手冊4》4-2-14、4-2-15和4-2-1

94、6得彈簧產(chǎn)生的最小工作載荷下的切應(yīng)力T1</p><p>　　T1==≈762.75Npa</p><p>　　彈簧產(chǎn)生的最大工作載荷下的切應(yīng)力T2</p><p>　　T2==≈859.48Mpa</p><p>　　疲勞強度的安全系數(shù)S的計算：由表4-2-10得To=1.5[t]</p><p><b>

95、　　S ==≈1.9</b></p><p>　　因為 [S]=1.8～2.2 [S]許用安全系數(shù)所以 S>[S]min=1.8 </p><p>　　彈簧疲勞強度滿足要求</p><p>　　6.4各種情況下彈簧力所需推動器的推力</p><p>　　6.4.1彈簧制動時的壓縮量</p><

96、;p>　　= =≈308.58mm</p><p>　　6.4.2彈簧的安裝長度 </p><p>　　為補償壓縮量=27.88mm</p><p>　　=-（+）=600-（308.58+27.88）=263.54mm</p><p>　　6.4.3安裝長度下的彈簧力 </p><p>　　

97、為松閘補償行程=63mm</p><p>　　=+=2974.75+9.64×≈3243.76N</p><p>　　6.4.4松閘達到最大行程時的彈簧力 </p><p>　　he為松閘工作行程=28mm</p><p>　　=+=2974.75+9.64×(28+63) =3851.99N</p>&l

98、t;p>　　與估取Fmax值相差很小，基本準確。</p><p>　　6.5各種情況下所需推動器推力</p><p>　　Tt==≈1015.83N</p><p>　　Tmax==≈1794.13N</p><p>　　推動器型號為Ed 121/6：121額定推力1210N 額定行程60mm</p><p

99、>　　YWZ—630/121：Y 液壓推桿 W瓦塊式 Z制動器 </p><p>　　630制動輪直徑630mm 121額定推力1210N</p><p><b>　　7 受力分析</b></p><p>　　7.1 當(dāng)制動器松閘時：</p><p>　　由受力分析制動瓦心軸處不受力或受力很小&l

100、t;/p><p>　　因此在整體分析時不考慮心軸力的大小</p><p>　　因為 tan=0.272 =15.49° cos=0.964 sin=0.267</p><p>　　又因為tan==0.06566 =3.79° cos=0.99781</p><p>　　tan==0.06264 =3.59&#

101、176; cos=0.99804</p><p>　　=132.64 =447.88</p><p><b>　　MQ=0得</b></p><p>　　TeCOS－FmaxCOS－COSPQ=0</p><p>　　=≈566.68（N）</p><p>　　=COS=566.68&#

102、215;0.964=546.28N =SIN=0.267×566.68=151.30N</p><p>　　在杠桿中=0 =0得</p><p>　　由=0 = =546.28N</p><p>　　=0 =－－=3352－1210－151.30=1990.7N</p><p>　　Q==≈2064.29</p>

103、<p>　　tan= =3.644102 =74.65°</p><p>　　在制動臂中只有兩點受力故 ==546.28 ==1990.7N ==74.65°</p><p>　　7.2 當(dāng)制動器抱閘時</p><p>　　由前面計算可知： =15.49° cos=0.964 sin=0

104、.267</p><p>　　由=0得：-COS+RCOSPQ =0</p><p>　　R==≈2501.92N</p><p>　　=Rcos=2501.92×0.964=2411.85N</p><p>　　=Rsin=2501.92×0.267=668.01N</p><p>　　由=0得

105、= =2411.85（N）</p><p>　　=0得 = + =3243.76+668.01=3911.77（N）</p><p>　　Q==≈4595.54（N）</p><p>　　tan= =≈1.621896 =58.34°</p><p>　　由=0得：495N-48+825=0 ①</p>

106、;<p>　　=0得 －－=0 ②</p><p>　　=0得 330N－48－825=0 ③ </p><p>　?。‥－ =375－327=48）</p><p>　　解：①②③ 方程得：</p><p>　　=8303.295 N=4317.72 =4589.445

107、 =8533.08</p><p>　　S==≈9358.81N</p><p>　　tanr= =1.92 r=62.53°</p><p>　　W==≈9688.99N</p><p>　　tan= =1.86 =61.73°</p><p>　　8 制動臂強度計算和校核&

108、lt;/p><p>　　根據(jù)受力特點可知：制動臂可能產(chǎn)生彎曲折斷或由于剛度不夠產(chǎn)生變形過大而失效。由此分析確定選用材料為QT500—7正火處理。有《機械工程師》第二版 查得：抗拉強度=500Mpa ， 屈服強度， 斷后伸長率為7%，布氏硬度170～230HRC </p><p>　　基本組織類型：鐵素體+球光體</p><p>　　=2.5～3 []==166.7

109、Mpa</p><p>　　根據(jù)《機械設(shè)計通用手冊》GB63321-86《塊式制動器》中制動瓦與制動臂的配合關(guān)系確定其橫截面為： A=a×b=55×70=3850</p><p>　　具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示（a）</p><p>　　制動臂受力情況如圖（b）所示。將力Nf向軸線方向轉(zhuǎn)化。簡化后可分解成沿軸線方向的力Nf和沿逆時針旋轉(zhuǎn)的力偶矩：&

110、lt;/p><p>　　M=×48=8303.295×48=398558.16</p><p>　　簡化后受力情況 如圖C所示，由圖C分析可知制動臂在力、、作用下產(chǎn)生軸向力使臂在AB段壓縮變形，在B段拉伸變形，同時在力、N、M、作用下產(chǎn)生彎曲變形。</p><p><b>　　8.1內(nèi)力分析</b></p><

111、;p>　　8.1.1 軸向力分析：</p><p>　　在AB段橫截面上的壓力（軸向力）均為=8533.08N；在BC段橫截面上的軸向力均為=3911.77N，其軸力如圖（b）所示</p><p>　　8.1.2彎矩分析：</p><p>　　AB段橫截面上的剪力==4589.445N；</p><p>　　BC段橫截面上的剪力==24

112、11.85N；</p><p>　　AB段的彎矩=×330=4589.445×330=1514516.85</p><p>　　BX段的彎矩=×495=2411.85×495=1193865.7</p><p>　　其彎矩圖如圖（e）所示</p><p>　　由以上計算和受力圖可知：截面“B”是最危險截

113、面，“B”截面受力情況如圖（f）（g）所示，即彎壓組合變形狀態(tài)。</p><p><b>　　8.2強度計算：</b></p><p><b>　　其最大正應(yīng)力=</b></p><p>　　由截面形狀可得出： ==≈15962.12（）</p><p>　　面積A=70×55－70

114、15;54=700</p><p>　　Gmax=+=86.98</p><p>　　Gmax< []=166.7Mpa 故滿足強度。</p><p>　　8.3制動臂剛度計算與校核：</p><p>　　由制動臂的受力情況可知：該構(gòu)件可按有簡支梁AB和固定橫截面B上的懸臂梁CB組成。</p><p>　?、?/p>

115、當(dāng)懸臂梁BC變形或截面C垂直下彎的變形梁為Y1；</p><p>　?、诋?dāng)簡支梁AB變形時截面B轉(zhuǎn)動從而使截面C又垂直下彎，其變形Y2兩種情況如下圖所示</p><p>　　按《起重機設(shè)計手冊》，取[Y]為主彈簧工作行程的10%，即[Y]=30×10%=3mm。由以上圖示，Qx對簡支梁的影響可作用在截面B的力Qx和作用在截面B的力偶矩：</p><p>　

116、　MQ=×330=2411.85×330=795910.5</p><p>　　作用在截面B的另一簡化來的力偶矩M：</p><p>　　M=×48=398558.16</p><p>　　兩力偶合成后 M1=MQ－M=795910.50-398558.16=397352.34（NM）</p><p>　　由以上

117、分析：梁的總變量 Yc=Y1+Y2</p><p>　　對懸臂梁 Y1= 其中E—彈性模量 I—慣性矩</p><p><b>　　對于簡支梁 Y2=</b></p><p>　　I==≈970520.83</p><p><b>　　E=12×</b></p><

118、;p>　　Yc= Y1+Y2=1.02<[Y]=3mm</p><p>　　故制動臂剛度滿足要求。</p><p>　　8.4制動臂上孔的擠壓校核</p><p>　　8.4.1 基本尺寸：</p><p>　　上孔40mm 心軸孔45mm 下座孔40mm 臂厚=61mm</p><p><b

119、>　　由《起重機手冊》</b></p><p><b>　　8.4.2參數(shù)：</b></p><p>　　Kd=1.0 動力系數(shù) 動鉸比壓[P]d=8～9Mpa 靜鉸比壓[P]j=12～16Mpa</p><p>　　8.4.3 擠壓強度校核：</p><p>　?、偕线B接孔的擠壓強度校核：<

120、/p><p>　　==≈1.88 N/</p><p>　　<[P]d 滿足要求。</p><p>　?、谛妮S孔的擠壓強度校核： </p><p>　　==≈3.41 N/</p><p>　　<[P]d 滿足要求。</p><p>　?、巯伦椎臄D壓強度校核： <

121、;/p><p><b>　　==≈5.29N/</b></p><p>　　<[P]d 滿足要求。</p><p>　　式中—與銷軸接觸長度臂厚</p><p>　　9 銷軸的計算與校核</p><p>　　已知參數(shù)：Q=4595.54N S=9358.81N W=9688.99N&l

122、t;/p><p>　　由《材料力學(xué)》教材知=300Mpa，安全系數(shù)So=1.5～2</p><p>　　則[t]= ==150Mpa，</p><p>　　許用剪應(yīng)力[T]=（0.6～0.8）[t]= （0.6～0.8）×150=90～120（MPa）</p><p>　　取[T]=90Mpa [P]d =8～9Mpa 取[P]